[논문 리뷰] A chiral gauge-invariant model for Majorana neutrinos

I. Alikhanov, E. A. Paschos|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 26.

Neutrino Physics Research참고 문헌 22인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 오른쪽 수체 메이저라 중성자소가 새로운 중성 보스론 X와 순수 축성분자 상호작용을 통해 결합하는 편미로 대칭 U(1)R 모델을 제안한다. 이 모델은 이상치 상쇄를 통해 고에너지 유한성을 확보하며, (반)중성자소–전자 산란과 일관된 중성자소–핵 산란에서 새로운 서명을 예측한다. 결합 상수의 제약은 ρ 매개변수와 실험 데이터로부터 유도되며, 현재 측정치에서 최대 20%의 알 수 없는 기여가 가능함을 보여준다.

ABSTRACT

The article investigates the possibility that right-handed neutrinos are Majorana particles embedded in an abelian multiplicative $U(1)_R$ factor, with the Lagrangian in the new factor being invariant under chiral gauge transformations. Majorana neutrinos couple to charged and neutral currents, producing new signatures to (anti)neutrino-electron elastic scattering and an additional term to coherent scattering of neutrinos on atomic nuclei. The model is ultraviolet complete and depends on one extra hypercharge correlating the reactions and providing upper bounds for the new coupling constant.

연구 동기 및 목표

• 오른쪽 수체 메이저라 중성자소가 순수 축성분자 상호작용을 통해 새로운 U(1)R 게이지 보스론 X와 결합하는 게이지 불변 모델을 구축하기.
• 삼각 이상치 상쇄와 편미로 게이지 대칭 유지로 인한 고에너지 유한성 확보하기.
• ρ 매개변수와 중성자소 산란 실험으로부터 새로운 결합 상수와 X 보스론 질량에 대한 현상학적 제약 유도하기.
• (반)중성자소–전자 탄성 산란과 일관된 중성자소–핵 산란에서 검출 가능한 서명 탐색하기.
• 공통의 U(1)R 초과전하를 공유함으로써 다양한 중성자소 유도 반응 간의 일관성 검증 가능하게 하기.

제안 방법

• γ⁵ 변환에 대한 편미로 불변성을 보장하는 새로운 아벨 U(1)R 게이지 대칭 도입하여 오른쪽 수체 메이저라 중성자소의 라그랑지안이 게이지 불변이 되도록 하기.
• 표준 힉스 두중항 φ와 새로운 스칼라 싱เก터 σ를 사용한 힉스 메커니즘을 구현하여 페르미온과 X 게이지 보스론의 질량 생성하기.
• 특정 U(1)R 초과전하 배정을 통해 이상치 상쇄를 강제하여 쿼크와 렙톤에 대해 독립적인 초과전하 수를 하나로 감소시키기.
• X 보스론의 중성자소와 전자에 대한 효과적 결합을 유도하고 Z 보스론과의 혼합을 고려하여 획득된 획득된 단면적 수정 계산하기.
• ρ 매개변수와 Z 보스론의 비가시성 붕괴 분포비율을 사용하여 U(1)R 결합 상수와 X 보스론 질량 제약하기.
• (반)중성자소–전자 산란과 일관된 중성자소–핵 산란의 미분 단면적 분석을 통해 새로운 축성분자 기여 고려하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메이저라 중성자소가 편미로 게이지 불변 프레임워크 내에서 중성 보스론 X와 결합할 수 있는가?
• RQ2 그러한 결합의 현상학적 결과로 중성자소–전자 산란과 핵에 대한 일관된 산란에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 ρ 매개변수와 Z 비가시성 붕괴로부터 유도된 제약은 새로운 X 보스론의 결합 강도와 질량을 어떻게 제한하는가?
• RQ4 현재 실험적 불확실성 내에서 중성자소–전자 산란에 대한 새로운 기여가 얼마나 숨겨져 있을 수 있는가?
• RQ5 빔 덤프 또는 스파라션 원천이 X 보스론 교환를 통해 메이저라 중성자소의 검출 가능한 신호를 생성할 수 있는가?

주요 결과

• 이 모델은 삼각 이상치 상쇄를 통해 일관된 U(1)R 초과전하 배정을 통해 고에너지 완전성을 확보하며, 쿼크와 렙톤에 대해 독립적인 초과전하 수를 하나로 감소시킨다.
• 새로운 X 보스론은 오직 오른쪽 수체 메이저라 중성자소와 순수 축성분자 전류를 통해 결합하며, 편미로 게이지 불변성을 유지한다.
• ρ 매개변수와 Z 비가시성 붕괴로부터의 제약은 가장 엄격한 제약이 아니며, 오히려 (반)중성자소–전자 산란 데이터로부터 현재 측정치에서 최대 20%의 알 수 없는 기여가 여전히 가능함을 시사한다.
• (반)중성자소–전자 산란의 미분 단면적은 추가적인 축성분자 결합 기여로 인해 수정되며, 이 효과는 낮은 운동량 전달 영역에서 뚜렷해진다.
• 일관된 중성자소–핵 산란은 축성분자 상호작용의 성격으로 인해 핵의 질량 중심 전류 증폭을 겪어 단면적 감도가 증가한다.
• X 보스론의 결합 상수는 실험 데이터로 제약되며, TEXONO 실험의 한계는 초기 우주에서의 잔류 어둠의 물질 밀도를 확보하기 위해 요구되는 값과 매우 유사하다.